虛擬現實技術在體育賽事轉播中的應用研究

谷悅 吳祐昕

[摘 要] 在計算機技術飛速發展的當代，計算機性能不斷提高，在軟、硬件優化發展的支持下，虛擬現實技術開始在軍事、經濟、生活等領域走進人們的視野。對虛擬現實在體育賽事中的運用進行了理論的梳理，并提出設計構想，肯定了虛擬現實技術在傳播中的應用價值，為以后的延伸設計鋪墊了道路。

[關 鍵 詞] 虛擬現實；體育賽事；設計構想

[中圖分類號] TP391.9 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）19-0013-05

虛擬現實的實現為電視媒體帶來了新的機遇，以體育賽事轉播為例，為觀眾帶來了全新的觀賽模式和視角，為節目的制作節約了場地，也增加了其在同行業中的競爭力。以計算機為平臺搭建的虛擬現實世界不再是單純的傳統意義上的人機交互，使用者可以通過各種可穿戴設備進入虛幻的模擬世界，是全方位360度的立體感知。與此同時，虛擬現實技術使應用界面的視覺效果更加逼真，信息內容的可承載量增大。節約了項目成本，提高了更新的速度。

一、研究背景及意義

隨著當代科學技術的高速發展，不斷更新的高科技產品改變和豐富了人們的日常生活，虛擬現實技術是在計算機技術上不斷發展而實現的前沿科技，它是一項投資較大、難度較高的科技領域。我國虛擬現實技術的起步較晚，同一些發達國家相比，目前還存在著很大的差距。但隨著計算機系統工程等技術的開發，虛擬現實引起了我國各界人士的關注和興趣。虛擬現實在我國處于培育市場階段，各方面已在逐步、穩定地提高，它已被公認為21世紀最具有潛力和影響力的領域，人們將它看做是僅次于互聯網的改變世界未來的重要技術，認為它不但會改變人類從事科學研究、技術設計和生產實踐的方式，而且為促進人的認識能力的全面發展提供了新的工具，是最有意義以及影響人們生活方式的重要技術之一。

二、虛擬現實技術的概念及特征分析

（一）虛擬現實技術的概念

虛擬現實技術即VR（Virtual Reality），是利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界，提供給使用者關于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三維空間內的事物。

虛擬現實在當代的運用十分廣闊，已開始運用于軍事、航天領域，之后將逐漸開始從經濟、生活、娛樂等領域，改變著我們的生活。

（二）虛擬現實技術的基本特征

一個完整的虛擬現實系統是由虛擬環境、以高性能計算機為核心的虛擬環境處理器、以頭盔顯示器為核心的視覺系統、以語音識別、聲音合成與聲音定位為核心的聽覺系統、以方位跟蹤器、數據手套和數據衣為主體的身體方位姿態跟蹤設備，以及味覺、嗅覺、觸覺與力覺反饋系統等功能單元構成。虛擬現實技術的特征和屬性（即沉浸性、交互性、構想性）滿足了消費者在多重感官刺激上的需求，為使用者帶去更多的想象空間和更完美的用戶體驗。

1.沉浸性

穿戴式VR設備是虛擬現實輸出的主要方式，使用者在佩戴頭盔或眼鏡，通過視覺、聽覺、觸覺等多維感知可以沉浸于虛擬世界之中。

以virtuix公司生產的virtuix omini為例（如圖1）。它結合了Oculus Rift眼鏡和Omni，是一款新型的結合游戲與跑步機的新型設備。它不同于傳統的跑步機只有距離和速度兩個維度的數據顯示，omini還擁有方位和環境兩個維度，使用者佩戴Oculus Rifttou眼鏡，即可進入逼真的游戲場景，穿上特制的鞋子在Omni的跑道上運動，可在虛幻的場景中自由地行走，與此同時omini可以提供精確的數據記錄，幫助用戶記錄行走數據。

2.交互性

交互性指在虛擬環境中體驗者不是被動地感受，而是可以通過自己的動作改變感受的內容，它充分調動了使用者的主觀能動性。以google ingress為例（如圖2），google ingress是谷歌公司在2012年11月16日推出的手機AR游戲，Ingress 強調在對世界的真實體驗的基礎上用不同的視角觀察，從而實現不同的“真實生活”。Ingress 手機客戶端會結合 Google 地圖和導航生成一副虛擬的游戲地圖，但是地圖上的街道、路線和地點都是真實的。項目負責人John Hanke曾開發 Google Earth 的前身， 他們曾推出應用 Field Trip，可以依據定位和地圖，“主動的”帶你游覽城市。而當下的ingress延續這一構想，這款游戲像是現實版的魔獸世界競技場，雙方隊伍利用手機查看地圖（如圖2），可以通過各種動作，選擇不同能量，去到不同的場景搶占資源的游戲最終完成任務。

3.構想性

構想性，是虛擬現實技術的又一個顯著特征。構想性是指虛擬的環境是人構想出來的，因此可以用來滿足特定人群的某種用途，

例如Zugara的虛擬試衣間（如圖3），采用的就是虛擬現實技術，使用者在看到自己喜歡的衣服時，可以使用Zugara虛擬試衣間，只需要一個電腦和攝像頭，不受時間和地點的約束，進行虛擬試衣省去了試衣時間。Zugara的虛擬試衣間通過三維建模將衣服與使用者的參數進行設置，模擬出試衣后的真實場景。該項目的實現，大大節約了消費者的時間降，低了用地成本，不論是在大型商場內，還是用戶個人家中都有很高的應用價值。

三、虛擬現實技術在大型體育賽事轉播中的具體運用

現如今，隨著虛擬現實技術的普及和發展，越來越多的領域用到虛擬現實來提升受眾的體驗效果。在用戶體驗方面，虛擬現實滿足了大眾多維度的感官需求。以體育賽事轉播為例，體育賽事是眾多電視節目中最具有激情和感染力的電視節目，普通的視頻轉播無法給觀眾帶來直觀、有沖擊力的對抗氛圍，而將虛擬現實技術運用到體育賽事轉播中可以使單一的電視節目變得生動有趣。我國現階段將虛擬現實運用到體育賽事的轉播主要就是通過虛擬演播室技術和虛擬植入這兩種方式。

（一）虛擬演播室技術

虛擬演播室技術是在虛擬現實技術支持下，電視演播中的核心部分，在體育賽事的轉播中起著關鍵性的作用。

虛擬演播室技術是在國內現有的虛擬現實技術基礎上，與人在三維空間上的思維創造相結合在電視演播當中的運用。之所以稱之為虛擬演播室技術，是因為它把演播室中所拍攝的視頻內容，與計算機所能繪制出的各種主題場景相結合。它擺脫了現實場景的控制，可根據所拍攝主題，運用三維建模軟件創作出更具有感染力的場景空間。

虛擬演播室技術的一個關鍵技術是攝像機跟蹤技術，它可以通過實際攝像機在演播室中的參數位置，判斷攝像機、主持人等與虛擬場景的位置關系，核心在于所拍攝攝像機的位置和通過鏡頭的變化控制計算機中的“虛擬鏡頭”，使二者的變化同步，這樣虛擬場景和實際攝像機所拍攝出的畫面一致，再經過后期處理、計算機繪制后得到的畫面才不會出現透視錯誤和矛盾空間，才能更加真實。

虛擬演播室中的場景和道具由計算機三維建模軟件（3DMax、Maya、Softimage等）繪制產生，在常規演播室中受空間約束不可出現的大型場景都可通過虛擬演播室實現。

虛擬演播室的構成主要分為三個部分，分別是攝像機跟蹤系統、虛擬背景生成系統和視頻合成系統（如圖4）。

攝像機跟蹤系統是通過獲取攝像機在直播中的實際位置參數，幫助系統完成真實攝像機和虛擬攝像機的鎖定。虛擬背景實時生成系統，是由計算機的二維與三維建模軟件創作出的可隨時生成和替換的虛擬場景。視頻合成系統是將拍攝視頻與虛擬視頻相混合的系統，計算機設計制作的虛擬場景只有與真實的前景圖像正確混合之后，才能得到最終的節目效果。

虛擬演播室的建立是電視媒體的一次革新，計算機制作的虛擬演播室有更多的可變性和適應性，能為觀眾帶來更優質的觀看效果。

（二）虛擬植入技術

虛擬植入是虛擬現實在體育賽事轉播中的另一個重要運用。不久前的南京青奧會的開幕，虛擬植入技術震撼了全場，它首次將虛擬現實技術運用到奧運會的開幕美術場景中（如圖5）。轉播中，星空和流星效果將舞臺打造成一個封閉的宇宙空間，奧運五環與色彩斑斕的虛擬場景遙相呼應。通過電視，億萬電視觀眾都能欣賞到虛擬植入營造出的神奇空間。

虛擬植入系統主要由跟蹤系統、圖形工作站和圖形創作系統三部分組成。

目前的跟蹤系統主要有機械傳感器、光電傳感器、LED紅外、XYNC紅外、超聲波等幾種，要求跟蹤精準度高，避免后期虛擬場景錯位、偏移。圖形工作站是根據跟蹤系統獲取的攝像機運動參數，圖形工作站對預先制作好的虛擬三維場景信號進行處理并進行實時渲染，之后生成與攝像機拍攝的人物有正確透視關系的三維虛擬圖像。圖形創作系統和虛擬植入系統的場景通常為三維虛擬場景，這些場景可通過常用的3Dmax、Maya等三維創作軟件來建模，最后由專用的圖形處理軟件編輯合成，同時也可將特定的口號、贊助商logo形成三維的立體效果融入場景的播出當中，起到宣傳的作用。

虛擬植入技術在國外的電視節目中的應用十分廣泛，特別是在選舉和體育節目當中。在國內，虛擬植入在體育賽事的轉播中也逐漸突出，國內電視臺最早運用虛擬植入技術的便是中央電視臺在2010年的世界杯體育節目《豪門盛宴》。由美工制作的三維虛擬賽場、參賽隊伍陣容、足球等虛擬模型植入演播室實景中，與主持人進行實時互動，為觀眾帶來直觀的講解和隊伍陣容分析，虛實相結合的播出形式，也為觀眾帶來一場視覺上的豪門盛宴。

四、虛擬現實技術對體育賽事轉播的影響

虛擬現實技術對于體育賽事轉播的播出效果有著突出的貢獻，其主要體現在以下幾個方面：

（一）虛擬演播室給予觀看賽事的觀眾更大的想象空間

由于三維的后期制作是由專業的技術人員結合與之相一致的場景進行的模型設計創作，不同的人對場景的設置也有著不同的理解和靈感，所以在呈現上有著一定程度的虛幻。在體育賽事的轉播中，主持人可以突破以往的傳統演播室，坐在仿佛賽場一樣的對戰平臺上為觀眾帶來解說，這樣全新的呈現方式勢必會增加視頻的點播率，同時，假象的主持空間也會為觀眾在觀看的過程中帶去更多的想象和憧憬。

（二）虛擬植入技術的運用為舞臺增添了更多意想不到的播出效果

通過設計師的創作，虛擬植入的圖形能夠彌補現實場景的不足，對傳統的燈光、道具、演播屏幕都可以進行補充甚至是替代。

（三）虛實結合的畫面，給予觀眾更加強有力的視覺沖擊

除了虛擬演播室之外，虛擬現實技術將節目的視覺效果制作得富有吸引力。在體育賽事中，虛實結合的轉場方式能帶給觀眾不一樣的觀看體驗，從三維平臺搭建的虛擬演播室進入到虛擬的場館，隨著攝像機的慢慢推入進入真實的賽場，這中間的虛實結合和動態特效一氣呵成，使觀眾的觀看更加通順、流暢，用戶體驗更加完善。

（四）展現方式上更加新穎、多元，拍攝手法上更加靈活、多變

隨著360度攝像機的普遍使用，越來越多的用戶可以在各大應用軟件上觀看比賽錄像。傳統的視頻播放在輸出方式上較為單一，觀眾只能被動地從現場特定的角度觀看比賽，而虛擬現實技術在通訊設備上的改善和現場視頻的錄制制作可以幫助觀眾全方位的觀看賽事。用戶在觀看視頻時可以通過傾斜或旋轉手機來調整攝像機角度，觀測到場地的不同方位和每一個比賽細節，這樣，觀賽者在家中就可以通過手機感受到與現場一致的觀賽效果，在某些程度上彌補了現場觀賽的盲區。

（五）節約生產成本，降低了資源消耗

虛擬現實的背后是計算機技術的支持，需要更多高技術人員，所生產制作的是三維的動態畫面，不需要實際的用地和場外的資源消耗，傳統的演播場館搭建耗費大量的人力、物力和財力，但虛擬現實技術支持下的虛擬場館和虛擬演播室的構建解決了這一難題，讓賽事的播出質量更佳，而且做到了經濟、節能。

由于虛擬現實在我國的起步較晚，設計制作上還有一定的局限性。目前，虛擬現實在體育直播中的開發和運用僅局限于賽場本身，是對觀賽場景的直觀渲染，但在現實的現場比賽當中，觀眾往往被感染的是現場的情緒氛圍，而現如今的虛擬現實技術無法實現觀眾間的互動。換而言之，我們所享受的并不是單純的視覺體驗，而是集視覺、觸覺、聽覺等為一體的多重感官刺激，而目前應用虛擬現實技術的體育轉播節目雖滿足了觀眾在觀看過程中的視覺享受，卻缺少了重要的交流和互動。

五、虛擬現實技術在體育應用中的延展性設計

由于虛擬現實技術的發展在我國仍不完善，在設計和創新上還有很多機會可尋，虛擬現實在體育賽事方面的應用目前僅能還原賽場上的場景，無法帶給觀看者現場般的觀眾氛圍，如何讓使用者感受到觀眾席強烈的激動氣氛，與同時觀看的網友產生語言甚至肢體上的行為互動是一大難題。由此可見，增強交流性，是虛擬現實技術在體育轉播中的一個重大的突破點。

VR游戲是目前游戲行業中最具前景性的游戲應用，它具有對抗性和交互性。而VR體育游戲必然是VR游戲最先研發和重視的重要部分，因為其不可避免的對抗性對于現代生活中人們生活壓力的排解和釋放有一定的作用、同時游戲愛好者多為男性，且對體育有著天生的熱愛。基于以上兩點原因的考慮，筆者認為，虛擬現實技術與體育類游戲應用的結合也是當前較為熱門的設計類別，VR體育游戲的設計將會是一個長期的、熱門的設計探索。

VR游戲設計有很強的帶入感，它尊重虛擬現實固有的特點又具有游戲本身的娛樂功能。好的VR游戲必須將虛擬現實技術進行很好地運用，使玩家沉浸在游戲場景中，達到忘我的境界；其次，VR游戲場景的逼真性可以給玩家帶來多重體驗性，在游戲的過程中往往不能安穩地坐在座位上，玩家會不由自主地躲閃、跳躍；同時，VR游戲富有節奏感和一定的自由度，它不像傳統的游戲，玩家往往不能有很好的參與體驗，很多人會有無聊、操作繁瑣的負面感覺，而VR游戲節奏感強，用戶投入度高，尤其年輕人對有著很大的吸引力。

如上文所說，虛擬現實技術在體育賽事轉播中存在著一定的局限。而VR游戲正是增加使用者交流和互動的渠道之一。虛擬更適應于游戲去表達，構建出一個使用戶心馳神往的平臺。

游戲賽事往往通過移動平臺進行直播，使用者觀看經過虛擬現實技術處理過的視頻圖像可以充分感受競技者在賽場上的表現。比賽結束后，可進入VR游戲模擬賽場板塊，在游戲過程中使用者需要佩戴VR眼鏡，操作界面中可出現使用者觀看過的比賽球隊，因此可自行選擇自己喜歡的球隊和球星（如圖6）的游戲框架圖所示。在進入對戰模式中通過VR眼鏡將你帶入沉浸式的游戲感受當中，不同于傳統的體育對戰游戲，只有系統設置的幾個規定動作，只能通過遙控和鍵盤去控制身體的走向。VR體育游戲中，需要佩戴Rift頭戴設備，它對游戲的體驗有著至關重要的作用，具體體現為：（1）你只能看到游戲畫面，外界環境對你的視覺沒有任何影響；（2）左右眼的畫面是有視差的，所以能形成強烈的3D效果；（3）你看到的畫面呈曲面，就像環繞在你的周圍，感覺與平面的顯示器完全不同，這也是和3D頭盔的區別；（4）頭盔能感應你的頭部動作，比如頭往天上看的話，畫面也會跟著向上移動，顯示你頭頂的天或者天花板；（5）配合高品質的虛擬環繞聲耳機，VR頭盔能產生更逼真的臨場感。佩戴Rift頭戴設備后，可以通過身體的擺動來控制任務的行走路徑，你可以聽到觀眾的吶喊，仿佛自己出現在了剛剛的賽場當中，迎面感受到了來自對手的沖擊力，你可以隨時彎腰、揮手、傳球等，可以握手問好，也可以慶祝勝利而擊掌。

在界面的設計上，使用三維建模軟件和CG插畫相結合。三維建模可以使場景更加逼真，CG插畫可以增加界面的細節，好的游戲界面是完善用戶體驗的第一步。在場景的配色、道具的設置需根據真實的賽場進行模擬，讓玩家可以切實體驗到人在賽場上奔跑的感覺。

在音效上也是VR游戲需要重視的一個部分，好的虛擬現實環境下的用戶體驗需要多通道的感官刺激，音樂也是其中之一，可以讓人迅速進入游戲狀態。因此，在音效的選擇上延續了賽場音樂和較為節奏歡快的歌曲，可以激發選手的戰斗力。

五、結論與展望

隨著現代科技的高速發展、計算機水平的進步和3D建模水平的提高，越來越多的人開始接受和使用高科技產品，它為我們的生活帶來了便利和無限的樂趣。虛擬現實的逐漸普及，讓設計師和使用者擁有以前從未有過的想象力、創造力和沉浸感，實現了人們在家中就可以游世界的夢想和多重感官的刺激。

虛擬現實技術不僅為我們在觀看體育賽事時增添了無限的樂趣和想象，而且人們足不出戶就可以感受到在現場中的觀看視角，同時在此基礎上的虛擬演播室的發展，將虛擬攝像機與真實攝像機所拍攝的畫面相結合，不但節約了用地成本，一個演播室可提供多個電視節目的制作，同時觀賽者也可以看到具有三維動效的節目效果。

虛擬現實技術還引領了新的體育運動潮流，社會發展的高速，生活節奏的加快，大大減少了人們外出運動、旅行的時間，但虛擬現實技術不可以幫助你完成你未完成的愿望。筆者認為在不久的將來，可以實現虛擬現實設備的普及化，我們可以忙里偷閑感受當下所不能感受到的場景體驗，可以在家中打籃球、打羽毛球、登山，甚至可以出國旅游看到國外的風景。這對于生活壓力的排解、工作效率的提高都有著一定程度的幫助。

虛擬現實技術在體育賽事中的運用有著巨大的潛力和價值，它提升了節目的競爭力，改變了人們對傳統電視媒介的認知方式，促進了電子科技的進步。虛擬現實技術在應用中也存在著不同程度的限制，如工作人員的技術水平、設備的不完善等，與國外水平還相差甚遠等。這需要各階層的共同努力，鼓勵創新，引進優秀人才，共同完善軟硬件設備，使我國在虛擬現實技術上蓬勃發展。

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